基于stc单片机的红外报警设计毕业设计

基于stc单片机的红外报警设计毕业设计内容摘要：

通用型 Altair 8800，售价 375 美元，带有 1KB 存储器。 这是世界上第一台微型计算机。 1976 年 intel 公司研制出 MCS48 系列 8 位的单片机，这也是单片机的问世。 Zilog 公司于 1976 年开发的 Z80 微处理器，广泛用于微型计算机和工业自动控制设备。 当时， Zilog、 Motorola 和 Intel 在微处理器领域三 足鼎立。 沈阳理工大学学士学位论文 9 20 世纪 80 年代初， Intel 公司在 MCS48 系列单片机的基础上，推出了 MCS51 系列 8 位高档单片机。 MCS51 系列单片机无论是片内 RAM 容量， I/O 口功能，系统扩展方面都有了很大的提高。 常用单片机简介 STC 单片机： STC 公司的单片机主要是基于 8051 内核 ,是新一代增强型单片机 ,指令代码完全兼容传统 8051,速度快 8~12 倍 ,带 ADC,4 路 PWM,双串口 ,有全球唯一 ID 号 ,加密性好，抗干扰强 . PIC 单片机：是 MICROCHIP 公司的产品 ,其突出的特点是体积小 ,功耗低 ,精简指令集 ,抗干扰性好 ,可靠性高 ,有较强的模拟接口 ,代码保密性好 ,大部分芯片有其兼容的 FLASH程序存储器的芯片 .EMC 单片机：是台湾义隆公司的产品 ,有很大一部分与 PIC8 位单片机兼容 ,且相兼容产品的资源相对比 PIC 的多 ,价格便宜 ,有很多系列可选 ,但抗干扰较差。 ATMEL 单片机 (51 单片机 )： ATMEl 公司的 8 位单片机有 AT8 AT90 两个系列 ,AT89系列是 8位 Flash单片机 ,与 8051系列单片机相兼容 ,静态时钟模式。 AT90系列单片机是增强 RISC 结构、全静态工作方式、内载在线可编程 Flash 的 单片机 ,也叫 AVR 单片机。 PHLIPIS51LPC 系列单片机 (51 单片机 )： PHILIPS 公司的单片机是基于 80C51 内核的单片机 ,嵌入了掉电检测、模拟以及片内 RC 振荡器等功能 ,这使 51LPC 在高集成度、低成本、低功耗的应用设计中可以满足多方面的性能要求 .HOLTEK 单片机：台湾盛扬半导体的单片机 ,价格便宜 ,种类较多 ,但抗干扰较差 ,适用于消费类产品 . TI 公司单片机 (51 单片机 )：德州仪器提供了 TMS370 和 MSP430 两大系列通用单片机 .TMS370 系列单片机是 8 位 CMOS 单片机 ,具有多种存储模式、多种 外围接口模式 ,适用于复杂的实时控制场合。 MSP430 系列单片机是一种超低功耗、功能集成度较高的 16 位低功耗单片机 ,特别适用于要求功耗低的场合 松翰单片机（ SONIX）：是台湾松翰公司的单片，大多为 8 位机，有一部分与 PIC8位单片机兼容，价格便宜，系统时钟分频可选项较多，有 PMWADC 内振内部杂讯滤波。 缺点 RAM 空间过小，抗干扰较好。 STC89C51 的基本结构 在这一块芯片上，集成了一台微型计算机的主要组成部分，其中包括 CPU、存储器、可编程 I/O 口、定时器 /计数器、串行口 和中断系统 等，各部 分通过内部总线相连。 下面介绍几个主要部分 ： 沈阳理工大学学士学位论文 10 STC89C51 的基本结构如图 所示 图 STC89C51 的基本结构 1. 电源引脚 VSS（ 20 脚）：接地， 0V 参考点。 VCC（ 40 脚）：电源，提供掉电、空闲、正常工作 2. 外接晶体引脚 XTAL1（ 19 脚）：接外部晶体的一端，振荡反向放大器的输入端和内部时钟电路输入端。 XTAL2（ 18 脚）：接外部晶体的另一端，振荡反向放大器的输出端。 3. 控制信号或与其它电源复用引脚 控制信号或与其它电源复用引脚 有 RST/VPD 等 4 种形式入、输出。 4. 输入 /输出引脚 (1) P0 口（ ， 3239 脚）：是双向 8 位三态 I/O 口。 可向其写入 1 使其状态为悬浮，用作高阻输入。 P0 口也可以在访问外部程序存储器时作地址的低字节，在访问外部数据存储器时作数据总线，此时通过内部强上拉传送 1。 振荡器和时序 OSC 程序存储器 4 KB ROM 数据存储器 256 B RAM/SFR 定时器 /计数器 2 16 AT89S51 CPU 64 KB 总线 扩展控制器 可编程 I/O 可编程全 双工串行口 内中断 外时钟源 外部事 件数 外中断 控制 并行口 串行通信 沈阳理工大学学士学位论文 11 (2)P1 口（ ， 18 脚）：是带内部上拉的双向 I/O 口。 向 P1 口写入 1时， P1 口被内部上拉为高电平，可用作输入口；当作为输入脚时，被外部拉低的 P1 口会因为内部上拉而输出电流。 (3)P2 口（ ， 2128 脚）：是带内部上拉的双向 I/O 口。 向 P2 口写入1 时， P2 口被内部上拉为高电平，可用作输入口。 当作为输入脚时，被外部拉低的 P2口会因为内部上拉而输出电流。 在访问外部程序存储器和外部数据时分别作为地址高位字节和 16 位地址，此时通过内部强上拉传送 1。 当使用 8 位寻址方式访问外部数据存储器时 ,P2 口发送 P2 特殊功能寄存器的内容。 (4)P3 口（ ， 1017 脚）：是带内部上拉的双向 I/O 口。 向 P3 口写入 1 时， P3 口被内部 上拉为高电平，可用作输入口。 当作为输入脚时，被外部拉低的P3 口会因为内部上拉而输出电流。 P3 口脚具有第二功能，表 22 介绍了 P3 口的第二功能。 如表 31 所示： 表 P3口管脚第二功能 管脚 功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） INT0（外部中断 0） INT1（外部中断 1） T0（记时器 0 外部输入） T1（记时器 1 外部输入） WR（外部数据存储器写选通） RD（外部数据存储器读 选通） STC89C51 单片机的的封装和引脚 STC89C51系列单片机采用双列直插式（ DIP） QFP44（ Quad Flat Pack）和 LCC（ Leaded Chip Caiier）形式封装。 这里仅介绍常用的总线型 DIP40 封装，结构如图 所示。 沈阳理工大学学士学位论文 12 图 STC89C51 单片机的的封装和引脚 部分管脚说明： 电源 :VCC 芯片电源，接 +5V； VSS 接地端； 时钟 :XTAL XTAL2 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 控制线 :控制线 共有 4 根： （ 1） ALE/PROG:地址锁存允许 /片内 EPROM 编程脉冲 ALE 功能：用来锁存 P0 口送出的低 8 位地址 PROG 功能：片内有 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程期间，此引脚输入编程脉冲。 （ 2） PSEN:外 ROM 读选通信号。 （ 3） RST/VPD:复位 /备用电源。 RST（ Reset）功能：复位信号输入端。 VPD 功能：在 Vcc 掉电情况下，接备用电源。 （ 4） EA/Vpp:内外 ROM 选择 /片内 EPROM 编程电源。 EA 功能：内外 ROM 选择端。 Vpp 功能：片内 EPROM 的芯片，在 EPROM 编程 期间，施加编程电源 Vpp。 沈阳理工大学学士学位论文 13 传感器电路设计 传感器是指能感受规定的被测量信息，并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 它是一种检测装置，能将检测到的信息转换成为点信号或者其他形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。 如今信息时代，随着电子技术的快速发展，自动检测，自动控制技术显露出非凡的工作能力，而大多数设备只能处理电信号，也就需要把被测的非电量的信号通过传感器转换成电信号。 可见，传感器是实现自动检测和自动控制的初始环节。 如果没 有传感器对原始信息进行精确可靠的捕捉和转换，就不能实现现代自动检测和自动控制系统，现代科学技术的发展也就不能如此迅速。 红外 传感器简介 1 PIR 传感器简单介绍 热释电红外线 (PIR)传感器是 80 年代发展起来的一种新型高灵敏度探测元件。 是一种能检测人体发射的红外线而输出电信号的传感器，它能组成防入侵报警器或各种自动化节能装置。 它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。 将这个电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，如作电源开关控制、防盗防火报警、自动览测等。 自 然界中存在的各种物体，如人体、木材、石头、火焰、冰等都会发出不同波长的红外线，利用红外传感器可对其进行检测。 根据工作原理，红外传感器分为热型和量子型两类，热型红外传感器也称热释电红外传感器或被动红外传感器。 与量子型相比，其频响速度较慢，灵敏度较低，但响应的红外线波长范围较宽，价格便宜，并可在常温下工作。 量子型与热型的特点相反，而且要求冷却条件。 它是目前在防盗报警、火灾检测、自动门、自动水龙头、自动电梯、 自动照明。 及非接触温度测量等领域应用最广泛的传感器。 其原因为：①被测对象自身发射红外线，可不必另设光源； ②大气对 22． 6lLm、3— 5lLm、 8— 141lm 三个被称为“大气窗口”的特定波段的红外线吸收甚少，可非常容易被检测；③中、远红外线不受可见光影响，可不分昼夜进行检测。 2 PIR 的原理特性 沈阳理工大学学士学位论文 14 热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成尺寸为 2*1mm的探测元件。 在每个探测器内装入一个或两个探测元件，并将两个探测元件以反极性串联，以抑制由于自身温度升高而产生的干扰。 由探测元件将探测并接收到的红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。 为了提高探测器的探测灵敏度以增大探测距离，一般在探测器的前方装设一个菲涅尔透镜，该透镜用透明塑料制成，将透镜的上、下两部分各分成若干等份，制成一种具有特殊光学系统的透镜，它和放大电路相配合，可将信号放大 70 分贝以上，这样就可以测出 10~20 米范围内人的行动。 菲涅尔透镜利用透镜的特殊光学原理，在探测器前方产生一个交替变化的“盲区”和“高灵敏区”，以提高它的探测接收灵敏度。 当有人从透镜前走过时，人体发出的红外线就不断地交替从“盲区”进入“高灵敏区”，这样就使接收到的红外信号以忽强忽弱的脉冲形式输入，从而 强其能量幅度。 人体辐射的红外线中心波长为 9~10um，而探测元件的波长灵敏度在 ~20um范围内几乎稳定不变。 在传感器顶端开设了一个装有滤光镜片的窗口，这个滤光片可通过光的波长范围为 7~10um，正好适合于人体红外辐射的探测，而对其它波长的红外线由滤光片予以吸收，这样便形成了一种专门用作探测人体辐射的红外线传感器。 一旦人侵入探测区域内，人体红外辐射通过部分镜面聚焦，并被热释电元接收，但是两片热释电元接收到的热量不同，热释电也不同不能抵消，经信号处理 而输出电压信号。 在该探测技术中，所谓 “被动”是指探测器本身不发出任何形式的能量，只是靠接收自然界能量或能量变化来完成探测目的。 被动红外报警器的特点是能够响应入侵者在所防范区域内移动时所引起的红外辐射变化，并能使监控报警器产生报警信号，从而完成报警功能。 3 PIR 结构特性及安装 沈阳理工大学学士学位论文 15 图 12 PIR 结构 图 12 是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。 使用时Ｄ端接电源正极，Ｇ端接电源负极，Ｓ端为信号输出。 该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元串接在一起，目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。 它利用两个极性相反、大小相等的干扰信号 在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。 对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。 制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为０．２～２０μｍ。 为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。 这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它红外辐射拒之门外。 当人体辐射的红外线通过菲涅尔透镜被聚焦在热释电红。